(57)【要約】【課題】被処理基板に残留する酸化物およびフッ化物を良好に除去することが可能で、かつ絶縁窓からの不純物汚染を抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】被処理基板が収納され、電磁波が透過される絶縁窓を有する真空チャンバと、この真空チャンバに水素を含むガスを供給するためのガス供給管と、真空チャンバ内に前記絶縁窓を通して電磁波を導入し、そのチャンバ内にプラズマを発生させるための電磁波導入手段とを具備し、前記絶縁窓は、前記真空チャンバ側の内面に電気伝導性材料膜が形成されていることを特徴とする。【選択図】    図１
2006286663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収納され、電磁波が透過する絶縁窓を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバにガスを供給するためのガス供給管と、
前記真空チャンバ内に前記絶縁窓を通して電磁波を導入し、そのチャンバ内にプラズマを発生させるための電磁波導入手段と
を具備し、
前記絶縁窓は、前記真空チャンバ側の内面に電気伝導性材料膜が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電磁波導入手段は、マイクロ波導波管であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電磁波導入手段は、前記絶縁窓に離間して配置され、高周波電力が供給されるコイルであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電気伝導性材料膜は、厚さが４００ｎｍ以下のシリコン膜であることを特徴とする請求項１から３いずれか記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
基板上の第１絶縁膜表面に第１配線を形成する工程と、
前記第１配線を含む前記第１絶縁膜表面に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜をレジストパターンをマスクとして選択的にエッチング除去して前記第１配線部分にビアホールを開口した後、前記レジストパターンをアッシング、除去する工程と、
フッ化炭素を含むガスのプラズマ処理を施して前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物を除去する工程と、
前記酸化物除去後の基板を請求項１から４いずれか記載のプラズマ処理装置の真空チャンバ内に設置し、ガス供給管から水素を含むガスを供給し、電磁波を絶縁窓および電気伝導性材料膜を通して前記チャンバ内に導入して水素プラズマを発生させることにより前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物およびフッ化物を還元除去する工程と、
前記第２絶縁膜のビアホールに導電材料を埋め込んでビアフィルを形成する工程と、
前記第２絶縁膜表面に前記ビアフィルを通して前記第１配線に接続される第２配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置および半導体装置、液晶表示装置のような電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス、例えば半導体装置の製造においては、配線（第１、第２の配線）間を結ぶためにそれらの配線間の絶縁膜にビアフィルを形成することが行われている。このような第１、第２の配線およびビアフィルは、次のような方法により形成されている。
【０００３】
すなわち、半導体基板上の第１絶縁膜表面に第１配線を形成した後、この第１配線を含む前記第１絶縁膜表面にシリコンの酸化膜もしくはシリコン窒化膜のような第２絶縁膜を形成する。この第２絶縁膜表面にビアホール形成予定部が開口されたレジストパターンを形成した後、ＣＦ系およびＯ系ガスを用いたプラズマにより絶縁膜をレジストパターンをマスクとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、ビアホールを形成する。ＲＩＥ後にレジストパターンをアッシング処理により除去し、ビアホール内面にＴｉＮ薄膜のような導電性バリア薄膜を形成し、さらにタングステンのような金属を埋め込んでビアフィルを形成した後、第２絶縁膜表面に前記第１配線とビアフィルを通して接続される第２配線を形成する。
【０００４】
前記第２絶縁膜へのビアホールの形成において、第１配線がビアホールから露出するため、その表面がＲＩＥ、レジストのアッシング処理等により酸化され、後の導電性バリア薄膜の形成に際し、第１配線と導電性バリア薄膜とのコンタクト抵抗が上昇する。このため、従来では第１配線の露出した表面に形成された酸化物を除去する目的でビアホールに導電材料を埋め込む前にビアホール底をクリーニング処理することが行われている。このクリーニング処理は、例えばＣＦ4ガスのプラズマに曝して酸化物をエッチング除去する方法である。この処理において、露出した第１配線表面の酸化物をある程度除去することが可能であるものの、エッチングガスに起因するフッ化物が新たに生成される。フッ素は、第１配線表面のダングリングボンドに結合するために、第１配線表面とビアホール内の導電材料との密着性を低下させる。その結果、第１、第２の配線間のコンタクト抵抗が高くなるか、もしくは不安定になる、といった問題を引き起こす。
【０００５】
このようなことから、特許文献１には前記クリーニング後にさらに水素系ガスのプラズマで処理してフッ素の除去や酸化物の還元処理を行なうことが開示されている。この処理は、Ｈラジカルを多量に発生させることが可能なマイクロ波プラズマ処理装置や誘導結合型プラズマ処理装置が用いられている。これらの処理装置は、チャンバ上部に電磁波を透過させるための石英ガラスまたはアルミナからなる絶縁窓が配置されている。しかしながら、前記絶縁窓はチャンバ内にＨラジカルを発生させた際に還元され、半導体基板上、特にビアホールの露出部の汚染物質を揮散する。例えば絶縁窓が石英ガラスから作られる場合には、Ｈラジカルで還元され、揮発したＳｉＨやＳｉＯが半導体基板上のビアホールを含む絶縁膜に堆積して汚染する。また、絶縁窓がアルミナから作られる場合にもＨラジカルにより還元され、ＡｌやＯが放出され、半導体基板上のビアホールを含む絶縁膜に堆積して汚染する。
【特許文献１】特開２００５−５２９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被処理基板に残留する酸化物およびフッ化物を良好に除去することが可能で、かつ絶縁窓からの不純物汚染を抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【０００７】
本発明は、基板上の配線間の絶縁膜にビアホールを開口した後のクリーニング工程において、二次汚染を抑制しつつ、ビアホールなどに残留する酸化物およびフッ化物を効果的に除去することが可能な電子デバイスの製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、被処理基板が収納され、電磁波が透過する絶縁窓を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバに水素を含むガスを供給するためのガス供給管と、
前記真空チャンバ内に前記絶縁窓を通して電磁波を導入し、そのチャンバ内にプラズマを発生させるための電磁波導入手段と
を具備し、
前記絶縁窓は、前記真空チャンバ側の内面に電気伝導性材料膜が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
また本発明によると、基板上の第１絶縁膜表面に第１配線を形成する工程と、
前記第１配線を含む前記第１絶縁膜表面に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜をレジストパターンをマスクとして選択的にエッチング除去して前記第１配線部分にビアホールを開口した後、前記レジストパターンをアッシング、除去する工程と、
フッ化炭素を含むガスのプラズマ処理を施して前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物を除去する工程と、
前記酸化物除去後の基板を前述したプラズマ処理装置の真空チャンバ内に設置し、ガス供給管から水素を含むガスを供給し、電磁波を絶縁窓および電気伝導性材料膜を通して前記チャンバ内に導入して水素プラズマを発生させることにより前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物およびフッ化物を還元除去する工程と、
前記第２絶縁膜のビアホールに導電材料を埋め込んでビアフィルを形成する工程と、
前記第２絶縁膜表面に前記ビアフィルを通して前記第１配線に接続される第２配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被処理基板に残留する酸化物およびフッ化物を良好に除去することが可能で、かつ絶縁窓からの不純物汚染を抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明によれば基板上の配線間の絶縁膜にビアホールを開口した後のクリーニング工程において、二次汚染を抑制しつつ、ビアホールから露出した配線表面に残留する酸化物およびフッ化物を効果的に除去することが可能で配線間の接続性を改善した高信頼性の電子デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、一例として、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置および電子デバイスの製造方法を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略斜視図、図２は図１の縦断面図である。
【００１４】
真空チャンバ１は、被処理基板をクリーニング処理するための例えば矩形状の処理室２と、この処理室２の上部に連通して配置された例えば円筒状のプラズマ生成室３とから構成されている。前記処理室２は、真空ポンプで真空引きされる排気管（図示せず）が連結されている。ヒータが内蔵された例えば円板状のホルダ４は、前記処理室２内に配置されている。
【００１５】
ガス供給管５は、前記プラズマ生成室３の上部側壁に連結されている。電磁波であるマイクロ波が透過される絶縁窓６は、前記プラズマ生成室３の上部に設置されている。この絶縁窓６の裏面（プラズマ生成室３側の面）には、図２に示すように電気伝導性材料膜７が形成されている。方形導波管８は、その導波管８のマイクロ波放出側が前記絶縁窓６に設置されている。前記導波管８は、その内部を伝播するマイクロ波の電界方向に垂直な面（Ｈ面）と、このＨ面に対して垂直方向に伸びるマイクロ波の電界方向に平行な面（Ｅ面）と、マイクロ波導入側と反対側にＨ面およびＥ面に対して垂直で、マイクロ波を反射する反射面とを有する。前記絶縁窓６に対向する前記導波管８のＨ面には、互いに平行する２つのスリット９が開口され、その導波管８に伝播されたマイクロ波は前記スリット９、絶縁窓６および電気伝導性材料膜７を通して前記プラズマ生成室３に放射される。
【００１６】
前記絶縁窓は、例えば石英ガラスまたはアルミナから作られている。
【００１７】
前記電気伝導性材料膜の種類および厚さは、シート抵抗値と表皮深さ（電磁波である２．４５ＭＨｚのマイクロ波の侵込み深さ）の関係を示す図３から選択される。すなわち、図３に示すように電磁波の侵込み深さはシート抵抗値に比例する関係を有し、絶縁材料のような抵抗値の大きいものほど、その厚さを厚くしても電磁波を透過できる。このため、電気伝導性材料膜の中で比較的シート抵抗値が大きい材料を選択することによりその膜厚も比較的厚くすることが可能になる。ただし、シート抵抗値の大きい電気伝導性材料膜はプラズマ生成室に水素のプラズマを発生した場合、電子がその電気伝導性材料膜に蓄積して負電位にさせ、プラズマ中の正イオンを引き込み易くする。つまり、電気伝導性材料膜はスパッタされ易くなる。このようなことから、電気伝導性材料膜はシート抵抗値の小さい金属、例えばＳｉ，Ａｌを選択することが好ましい。特に、Ｓｉは絶縁窓を石英ガラスにより形成した場合、膨張係数が近似して、成膜し易くなる等の理由で好ましい。電気伝導性材料膜の材料（金属）が選択されれば、その膜厚は図３の関係から決定することができる。例えばＳｉ膜を絶縁窓の形成する場合、その厚さを４００ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００１８】
次に、前述したプラズマ処理装置を用いて酸化物およびフッ化物が残留した被処理基板（例えばシリコンウェハ）のクリーニングを説明する。
【００１９】
シリコンウェハ１１を処理室２内のホルダ４に保持させる。つづいて、ホルダ４のヒータにより前記シリコンウェハ１１を加熱する。この状態で真空ポンプを作動して真空チャンバ１内のガスを図示しない排気管を通して排気する。同時に、水素を含むガス（例えば水素（Ｈ2）をアルゴン（Ａｒ）で希釈した混合ガス）をガス供給管５を通して前記真空チャンバ１上部のプラズマ生成室３に供給する。
【００２０】
前記真空チャンバ１内が所定の圧力になった時点で図示しないマイクロ波電源からマイクロ波を方形導波管８内に導入することによりマイクロ波をスリット９，絶縁窓６および電気伝導性材料膜７を通して前記プラズマ生成室３に放射する。このマイクロ波の電界によって、Ｈ2ガスを電離して電子を生成し、プラズマ化して高電子密度（１０11ｃｍ-3以上）のプラズマ１２を発生させる。この時、プラズマ１２中にはＡｒイオン、Ｈ2イオン、Ｈイオン、Ｈ原子（ラジカル）や電子等が生成される。Ｈ原子は、Ｈ2分子に電子が衝突することで解離して生成される。Ｈ原子は、励起状態にあり、活性化されて反応性が高くなっている。この状態を水素ラジカルと呼ぶ。
【００２１】
このような真空チャンバ１内でのプラズマ１２の生成において、加熱されたシリコンウェハ１１はプラズマ中での水素ラジカルと反応し、酸化物やフッ化物が除去され、クリーニングがなされる。
【００２２】
また、前記クリーニングにおいてプラズマはマイクロ波の電界により加速された電子が絶縁窓表面に付着して自己バイアス電位を発生させる振る舞いがなされる。この自己バイアス電位は、電子の付着によることから、負の電位をもち、プラズマ中に存在する正イオンを引き込む。引き込まれたイオンは、絶縁窓に衝突することによりその絶縁窓材料である石英やアルミナのスパッタリングや水素による還元を促進してＳｉの堆積やＡｌの堆積を生じる。
【００２３】
第１実施形態においては、絶縁窓６の裏面（プラズマ生成室３側の面）にＳｉのような電気伝導性材料膜７が形成されているため、前記電子の付着を分散させて水素プラズマによる局所的なスパッタリングや水素による還元を抑制する。その結果、絶縁窓に起因するウェハ１１上へのＳｉ堆積、Ａｌ堆積に伴う二次汚染を抑制することが可能になる。
【００２４】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【００２５】
例えば円筒形状の真空チャンバ２１は、プラズマが生成され、被処理基板をクリーニング処理するものである。ヒータが内蔵された例えば円板状のホルダ２２は、前記真空チャンバ２１内に配置されている。真空ポンプで真空引きされる排気管（図示せず）は、前記真空チャンバ２１に連結されている。ガス供給管２３は、前記真空チャンバ２１の上部側壁に連結されている。
【００２６】
電磁波が透過される絶縁窓２４は、前記真空チャンバ２１の上部に設置されている。この絶縁窓２４の裏面（真空チャンバ２１側の面）には、電気伝導性材料膜２５が形成されている。例えば渦巻状に捲回した高周波コイル（アンテナ）２６は、前記絶縁窓２４の上方にその絶縁窓２４の面と平衡かつ近接して配置されている。高周波電源２７は、整合器２８を通して前記高周波コイル２６の一端に接続されている。なお、前記高周波コイル２６の他端は接地されている。
【００２７】
前記絶縁窓は、例えば石英ガラスまたはアルミナから作られている。
【００２８】
前記電気伝導性材料膜の種類および厚さは、シート抵抗値と表皮深さ（電磁波である２．４５ＭＨｚのマイクロ波の侵込み深さ）の関係を示す前述した図３から選択される。すなわち、図３に示すように電磁波の侵込み深さはシート抵抗値に比例する関係を有し、絶縁材料のような抵抗値の大きいものほど、その厚さを厚くしても電磁波を透過できる。このため、電気伝導性材料膜の中で比較的シート抵抗値が大きい材料を選択することによりその膜厚も比較的厚くすることが可能になる。ただし、シート抵抗値の大きい電気伝導性材料膜はプラズマ生成室に水素のプラズマを発生した場合、電子がその電気伝導性材料膜に蓄積して負電位にさせ、プラズマ中の正イオンを引き込み易くする。つまり、電気伝導性材料膜はスパッタされ易くなる。このようなことから、電気伝導性材料膜はシート抵抗値の小さい金属、例えばＳｉ，Ａｌを選択することが好ましい。特に、Ｓｉは絶縁窓を石英ガラスにより形成した場合、膨張係数が近似して、成膜し易くなる当の理由で好ましい。電気伝導性材料膜の材料（金属）が選択されれば、その膜厚は図３の関係から決定することができる。例えばＳｉ膜を絶縁窓の形成する場合、その厚さを４００ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００２９】
次に、前述したプラズマ処理装置を用いて酸化物およびフッ化物が残留した被処理基板（例えばシリコンウェハ）のクリーニングを説明する。
【００３０】
シリコンウェハ２９を真空チャンバ２１内のホルダ２２に保持させる。つづいて、ホルダ２２のヒータにより前記シリコンウェハ２９を加熱する。この状態で真空ポンプを作動して真空チャンバ２１内のガスを図示しない排気管を通して排気する。同時に、水素を含むガス（例えば水素（Ｈ2）をアルゴン（Ａｒ）で希釈した混合ガス）をガス供給管２３を通して前記真空チャンバ２１に供給する。
【００３１】
前記真空チャンバ２１内が所定の圧力になった時点で高周波電源２７から高周波電流を整合器２８を通して高周波コイル２６に流すことにより電磁波が発生し、その電磁波は絶縁窓２４、電気伝導性材料膜２５を通して真空チャンバ２１内に放射される。この電磁波の誘導電流によって、真空チャンバ２１内のＨ2ガスを電離して電子を生成し、プラズマ化して高電子密度（１０11ｃｍ-3以上）のプラズマ２９を発生させる。この時、プラズマ３０中にはＡｒイオン、Ｈ2イオン、Ｈイオン、Ｈ原子（ラジカル）や電子等が生成される。Ｈ原子は、Ｈ2分子に電子が衝突することで解離して生成される。Ｈ原子は、励起状態にあり、活性化されて反応性が高くなっている。この状態を水素ラジカルと呼ぶ。
【００３２】
このような真空チャンバ２１内でのプラズマ３０の生成において、加熱されたシリコンウェハ２９はプラズマ中での水素ラジカルと反応し、酸化物やフッ化物が除去され、クリーニングがなされる。
【００３３】
また、前記クリーニングにおいてプラズマは電磁波の誘導電流により加速された電子が絶縁窓表面に付着して自己バイアス電位を発生させる振る舞いがなされる。この自己バイアス電位は、電子の付着によることから、負の電位をもち、プラズマ中に存在する正イオンを引き込む。引き込まれたイオンは、絶縁窓に衝突することによりその絶縁窓材料である石英やアルミナのスパッタリングや水素による還元を促進してＳｉの堆積やＡｌの堆積を生じる。第２実施形態においては、絶縁窓２４の裏面（真空チャンバ２１側の面）にＳｉのような電気伝導性材料膜２５が形成されているため、前記電子の付着を分散させて水素プラズマによる局所的なスパッタリングや水素による還元を抑制する。その結果、絶縁窓に起因するウェハ２９上へのＳｉ堆積、Ａｌ堆積に伴う二次汚染を抑制することが可能になる。
【００３４】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、電子デバイスの製造工程を説明する。
【００３５】
まず、基板上の第１絶縁膜表面に第１配線を形成した後、この第１配線を含む前記第１絶縁膜表面に第２絶縁膜を形成する。
【００３６】
前記基板としては、例えば半導体装置の製造に適用されるシリコン基板（シリコンウェハ）、液晶表示装置に適用されるガラス基板を用いることができる。
【００３７】
前記第１、第２の絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＴＥＯＳ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜等を用いることができる。
【００３８】
前記第１配線は、各種の導電性材料、例えばＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ−ＳｉのようなＣｕ合金、不純物ドープ多結晶シリコン、Ｔｉ，Ｔａのような高融点金属等から形成することができる。Ｃｕ、Ｃｕ−ＳｉのようなＣｕ合金の第１配線は、例えばＣＭＰ技術により第１絶縁膜に埋込み配線として形成することができる。
【００３９】
次いで、前記第２絶縁膜をレジストパターンをマスクとして選択的にエッチング除去して前記第１配線の所望部分に対応する第２絶縁膜にビアホールを開口した後、前記レジストパターンをアッシング、除去する。この時、前記ビアホールから露出した前記第１配線表面はエッチング、レジストのアッシング処理等により酸化されて酸化物が生成、残留する。つづいて、フッ化炭素を含むガスのプラズマで処理して前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物を除去する。
【００４０】
前記エッチングは、内側壁が急峻なビアホールを開口する観点から例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を採用することが好ましい。
【００４１】
前記フッ化炭素を含むガスとしては、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8等を用いることができる。
【００４２】
前記フッ化炭素を含むガスのプラズマ処理において、ビアホールから露出した第１配線表面の残留酸化物をある程度除去することが可能であるものの、エッチングガスに起因するフッ化物が新たに生成される。フッ素は、露出した第１配線表面のダングリングボンドに結合するために、この後の工程でビアホールを埋込む金属と第１配線表面との密着性を低下させる。その結果、第１、第２の配線間のコンタクト抵抗が高くなるもしくは不安定になる。
【００４３】
このようなことから、フッ化炭素を含むガスのプラズマ処理に続いて基板を前記第１実施形態で説明した図１、図２に示すマイクロ波を用いるプラズマ処理装置または前記第２実施形態で説明した図４に示す高周波コイルを用いるプラズマ処理装置の真空チャンバ内に設置し、ガス供給管から水素を含むガスを供給し、電磁波を絶縁窓および電気伝導性材料膜を通して前記チャンバ内に導入して水素プラズマを発生させることにより前記ビアホールから露出した前記第１配線表面の酸化物およびフッ化物を還元除去する。この時、絶縁窓の真空チャンバ側の面には電気伝導性材料膜が被覆、形成されているため、前述したように絶縁窓材料（例えば石英、アルミナ）の局所的なスパッタリングや水素による還元によるビアホールから露出した前記第１配線表面がＳｉ，Ａｌで汚染されるのを抑制される。
【００４４】
前記水素を含むガスとしては、例えばアルゴンのような希ガスをキャリアガスとして水素を希釈したガス等を用いることができる。
【００４５】
次いで、前記第２絶縁膜のビアホールに導電材料を埋め込んでビアフィルを形成する。つづいて、この第２絶縁膜表面に第２配線を形成し、前記ビアフィルを通して前記第１配線に接続する。
【００４６】
前記導電材料としては、例えばタングステン、多結晶シリコン等を用いることができる。この導電材料は、ビアホール内面に形成されるＴｉＮ，ＴａＮのような導電性バリア薄膜を含んでもよい。
【００４７】
前記第２配線は、各種の導電性材料、例えばＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金、不純物ドープ多結晶シリコン、Ｔｉ，Ｔａのような高融点金属等から形成することができる。
【００４８】
第３実施形態によれば、第１絶縁膜表面の第１配線の所望部分に対応する第２絶縁膜にビアホールを開口し、フッ化炭素を含むガスのプラズマで処理した後のクリーニング工程において、絶縁窓材料に起因する二次汚染を抑制しつつ、ビアホールから露出した第１配線表面に残留する酸化物およびフッ化物を効果的に除去することが可能であるため、その後のタングステンのような金属を清浄なビアホール内に埋込んでビアフィルを形成することが可能になる。その結果、第１配線に対するビアフィルの埋込み金属の密着性、オーミック接続性を向上できる。その結果、第１、第２の配線がビアフィルを通して良好に接続された高信頼性の電子デバイスを製造することができる。
【００４９】
以下，本発明の実施例を前述した図面を参照して説明する。
【００５０】
（実施例１）
表面にＴｉＮ膜が成膜されたシリコンウェハを被処理基板として用意し、このシリコンウェハのＴｉＮ膜をＣＦ4ガスのプラズマによるＲＩＥにより選択的にエッチング除去した。このエッチング後のシリコンウェハ表面をＸＰＳ（X-ray Photo-Electron Spectroscopy）で分析した。
【００５１】
次いで、前述した図１、図２に示すプラズマ処理装置において石英からなる絶縁窓６の裏面に電気伝導性材料膜として厚さ２００ｎｍのＳｉ膜７を形成した。このクリーニング用プラズマ処理装置の真空チャンバ１の処理室２のホルダ４上に前記エッチング後のシリコンウェハを保持した。つづいて、ホルダ４のヒータにより前記シリコンウェハ１１を２５０℃に加熱した。この状態で真空ポンプを作動して真空チャンバ１内のガスを図示しない排気管を通して排気した。同時に、５％水素／アルゴンをガス供給管５を通して３００ｓｃｃｍの流量で前記真空チャンバ１上部のプラズマ生成室３に供給した。前記真空チャンバ１内が５０Ｐａの圧力になった時点で図示しないマイクロ波電源から１．２ｋＷのマイクロ波を方形導波管８内に導入することによりマイクロ波をスリット９，絶縁窓６およびＳｉ膜７を通して前記プラズマ生成室３に放射し、水素プラズマ１２を生成し、ウェハ１１表面をクリーニングした。クリーニング後のウェハ表面をＸＰＳで分析した。
【００５２】
（比較例１）
石英からなる絶縁窓の裏面にＳｉ膜を形成していない以外、前述した図１、図２図示と同様なプラズマ処理装置を用いて前記エッチング後のシリコンウェハを実施例１と同様な条件でクリーニングした。クリーニング後のウェハ表面をＸＰＳで分析した。
【００５３】
（参照例１）
前述した図１、図２図示のプラズマ処理装置の真空チャンバ１の処理室２のホルダ４上に前記エッチング後のシリコンウェハを水素プラズマに曝させず、単にウェハを２５０℃で加熱しながら水素を接触させた後のウェハ表面をＸＰＳで分析した。
【００５４】
前記エッチング後のシリコンウェハ表面のＸＰＳ分析結果、実施例１、比較例１および参照例１の分析結果を図５に示す。図５のＡはＲＩＥ後のウェハ表面のスペクトル、Ｂは実施例１および比較例１における水素プラズマ処理後のウェハ表面のスペクトル、Ｃは参照例１における加熱しながら水素を接触させた後のウェハ表面のスペクトル、である。
【００５５】
図５から明らかなようにエッチング直後（図中のスペクトルＡ）はウェハ表面にフッ素が多量に検出されているが、実施例１および比較例１のプラズマ処理後（図中のスペクトルＢ）にはフッ素がＸＰＳの検出限界以下まで除去されることがわかる。なお、参照例１のようにガス加熱（図中のスペクトルＣ）ではフッ素が検出され、フッ素除去効果が殆ど発揮できないことがわかる。
【００５６】
（実施例２）
前述した図１、図２に示すプラズマ処理装置において石英からなる絶縁窓６の裏面に電気伝導性材料膜として厚さ２００ｎｍのＳｉ膜７を形成した。このプラズマ処理装置の真空チャンバ１の処理室２のホルダ４上に表面にＴｉＮ膜が成膜されたシリコンウェハを保持し、実施例１と同様な条件でクリーニングを行った。
【００５７】
（比較例２）
石英からなる絶縁窓の裏面にＳｉ膜を形成していない以外、前述した図１、図２図示と同様なプラズマ処理装置の真空チャンバ１の処理室２のホルダ４上に表面にＴｉＮ膜が成膜されたシリコンウェハを保持し、実施例１と同様な条件でクリーニングを行った。
【００５８】
実施例２および比較例２のクリーニング後に、ウェハのＴｉＮ膜表面をＸＰＳでＳｉ，Ｏを分析した。その結果を図６および図７に示す。図６は、放電時間とＳｉ２ｓ原子％／Ｔｉ２ｐ原子％の比との関係を示す。図７は、放電時間とＯ１ｓ原子％／Ｔｉ２ｐ原子％の比との関係を示す。
【００５９】
図６および図７から明らかなように石英からなる絶縁窓のみを有するクリーニング用プラズマ処理装置を用いてクリーニングした比較例２では、放電時間の増加に伴ってＳｉ，Ｏの検出量が増大することがわかる。これは、次のような挙動によるものと考えられる。すなわち、プラズマの振る舞いはマイクロ波の電界により加速された電子が絶縁窓表面に付着して自己バイアス電位を発生させる。この自己バイアス電位は電子の付着によることから、負の電位をもち、プラズマ中に存在する正イオンを引き込む。この引き込まれたイオンが絶縁窓材料である石英に衝突することでスパッタリングやＨによる還元を促進する。このため、石英からなる絶縁窓ではシリコンウェハ上にＳｉＯが堆積され、前記分析結果として現れる。
【００６０】
これに対し、同図６および図７から明らかなように裏面にＳｉ膜が形成された石英からなる絶縁窓を有するプラズマ処理装置を用いてクリーニングした実施例２では、放電時間が増加してもＳｉ，Ｏが殆ど検出されないことがわかる。これは、次のような挙動によるものと考えられる。石英からなる絶縁窓の裏面にＳｉ膜を形成することによって、絶縁窓が真空チャンバの水素プラズマに直接曝される場合に比べて電子の付着を緩和する。また、水素プラズマ中の電子は電気伝導性の優れたＳｉ膜に衝突すると、その衝突箇所に留まることなく、速やかに移動するために、帯電せず消滅する。したがって、正イオンを引き込む自己バイアス電位は低くなり、水素プラズマ中でのスパッタ効果や水素還元促進効果が抑制され、前記分析結果として現れる。
【００６１】
（実施例３）
まず、図８の（Ａ）に示すようにシリコンウェハ３１表面に例えばＳｉＯ2からなる第１絶縁膜３２を形成した。この第１絶縁膜３２表面に真空蒸着法によりＡｌ−Ｓｉ合金膜を成膜し、パターニングすることにより第１配線３３を形成した。つづいて、この第１配線３３を含む前記第１絶縁膜３２表面に例えばＳｉＯ2からなる第２絶縁膜３４を形成した。ひきつづき、前記第２絶縁膜３４表面にホトリソグラフィーによりビアホール予定部が開口されたレジストパターン３５を形成した。
【００６２】
次いで、図８の（Ｂ）に示すように前記第２絶縁膜３４をレジストパターン３５をマスクとしてＣＦ系ガスおよび酸素ガスのエッチングガスを用いるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により選択的に除去して前記第１配線３３の所望部分に対応する前記第２絶縁膜３４にビアホール３６を開口した。
【００６３】
次いで、図８の（Ｃ）に示すように前記レジストパターン３５をアッシングして除去し、さらに純水で洗浄した。この時、前記ビアホール３６から露出した前記第１配線３３表面はＲＩＥ、レジストのアッシング処理により酸化されて酸化物が生成、残留した。つづいて、ＣＦ4を含むガスのプラズマで処理してビアホール３６から露出した前記第１配線３３表面の酸化物を除去した。ひきつづき、プラズマ処理後のシリコンウェハ３１を前述した図１、図２に示す裏面に厚さ２００ｎｍのＳｉ膜７が形成された石英からなる絶縁窓６を有するクリーニング用プラズマ処理装置の真空チャンバ内に設置し、実施例１と同様な条件でクリーニングし、ビアホール３６から露出した前記第１配線３３表面の酸化物およびフッ化物を還元除去した。
【００６４】
次いで、前記ビアホール３６を含む第２絶縁膜３４表面にＴｉＮ薄膜を成膜し、さらにタングステン膜（Ｗ膜）を成膜した後、ＣＭＰ技術によりビアホール３６を除く第２絶縁膜３４表面のＷ膜およびＴｉＮ薄膜を除去することによって、図９の（Ｄ）に示すようにビアホール３６内面にＴｉＮ薄膜３７が形成され、さらにＷ３８が埋込まれた構造のビアフィル３９を形成した。つづいて、図９の（Ｅ）に示すように第２絶縁膜３４表面に真空蒸着法によりＡｌ−Ｓｉ合金膜を成膜し、パターニングすることにより前記ビアフィル３９を通して前記第１配線３３に接続された第２配線４０を形成し、半導体装置を製造した。
【００６５】
製造された半導体装置は、第１配線３３に対するビアフィル３９の埋込み金属（ＴｉＮ，Ｗ）の密着性、オーミック接続性が良好で、第１、第２の配線３３，４０がビアフィル３９を通して良好に接続されていた。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略斜視図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の縦断面図。
【図３】シート抵抗率と２．４５ＧＨｚのマイクロ波の表皮深さの関係を示す図。
【図４】第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【図５】実施例１、比較例１および参照例１のクリーニング後のウェハ表面のＸＰＳ分析によるスペクトルを示す図。
【図６】実施例２および比較例２における放電時間とＳｉ２ｓ原子％／Ｔｉ２ｐ原子％の比との関係を示す図。
【図７】実施例２および比較例２における放電時間とＯ１ｓ原子％／Ｔｉ２ｐ原子％の比との関係を示す図。
【図８】実施例３の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図９】実施例３の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００６８】
１、２１…真空チャンバ、２…処理室、３…プラズマ生成室、４、２２…ホルダ、５、２３…ガス供給管、６，２４…絶縁窓、７，２５…電気伝導性材料膜（Ｓｉ膜）、８…方形導波管、１１、２９、３１…シリコンウェハ、１２…プラズマ、２６…高周波コイル、２７…高周波電源、３２…第１絶縁膜、３３…第１配線、３４…第２絶縁膜、３６…ビアホール、３９…ビアフィル、４０…第２配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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